Изобретение колеса

С момента появления мотоцикла эволюция серьезно поработала над героями нашей сегодняшней статьи, превратив их в один из инструментов улучшения управляемости байка. Они к тому же дополняют общий стиль мотоцикла, внося вклад своим эффектным видом в общее зрительное восприятие всего механизма. Речь пойдет о колесах, но не тех, которые доктор прописал, а о мотоциклетных.

Колеса – это опора мотоцикла, они обеспечивают точную и надежную установку шин и противостоят нагрузкам, прикладываемым к ним при торможении, ускорении или со стороны неровностей полотна. В дополнение к этому, колесо должно быть как можно легче.
Шины устроены гораздо сложнее, чем можно было бы подумать. В результате постоянного совершенствования двухколесных машин, они из простых резиновых «бубликов-треугольников» превратились в очень непростые изделия, которые теперь считаются обыденными. Шины должны обеспечивать безопасность и надежность при использовании в широком диапазоне скоростей, нагрузок, температурных и погодных условий. На их совести – основа безопасности райдера, но цена при этом должна удерживаться в разумных пределах, поскольку в мотоциклетной сфере шины – скорее расходный материал.

Тормоза должны обеспечивать поглощение энергии большого, движущегося с немалой скоростью мотоцикла в течение нескольких секунд. Тормоза преобразуют кинетическую энергию движения в тепло и быстро его рассеивают – факт, который редко приходит в голову наслаждающемуся стремительным полетом райдеру.
У шин, колес и тормозов есть одна общая черта – они являются наиболее важными деталями, связанными с безопасностью. Кроме того, каждая из систем выполняет многосторонние задачи в наиболее неприметной форме. Но обо всем по порядку, сегодня мы разберемся с колесами, а в следующих статьях – поговорим о шинах и тормозах.

Спицы – вечная классика

Для начала, давайте поговорим о конструкции классических спицованных колес. Такое колесо представляет собой интересное устройство. Оно состоит из трех элементов: ступицы, обода и соединяющих их спиц. Ступица расположена в центре колеса, имеет форму прямой катушки, от которой она способна отклоняться в сторону увеличения для размещения колодочного (барабанного) тормоза или элемента крепления задней звездочки и амортизатора привода. Если мотоцикл оснащается дисковыми тормозами, то на ступице располагаются крепления для дисков.

16-ти дюймовый диск, устанавливаемый на переднее колесо круизеров H-D. Обратите внимание - спицы входят в ступицу под прямым углом

Ось колеса проходит через подшипники, за счет чего колесо свободно вращается на оси. В ступице закрепляются головки спиц, которые вставляются в отведенные для них отверстия в приливе ступицы. Обычно головка спицы загибается под углом 90 градусов, хотя там, где требуется повышенная прочность (например колеса для байков с боковой коляской), используются прямые спицы.

Обод колеса представляет собой профилированную полосу из металла, на которой устанавливается шина и закрепляется внешний конец спицы. Обычно обода изготавливают из алюминиевого сплава или стали, покрытой для красоты и защиты от коррозии хромом. Спицы удерживаются в ободе при помощи ниппелей. Ниппеля навинчиваются на конец спицы для обеспечения первоначальной центровки колеса и возможности последующей подтяжки спиц. Чтобы ниппеля не протерли камеру шины, их покрывают ободной лентой.

Спицы – наиболее замечательный элемент всего колеса. Наверняка многие задумывались о том, как ближайшая к земле спица выдерживает вес всего байка. Если взять спицу и попробовать ее согнуть – она легко согнется, возможно, даже сломается. Спицы обладают небольшим сопротивлением сжатию, но огромным сопротивлением растяжению. Мотоцикл, «обутый» в спицованные колеса, буквально висит на верхних спицах колеса, остальные спицы только ориентируют ступицу по центру обода и не дают ему деформироваться под весом машины.
Отдельно стоит поговорить о нагрузках, возникающих при торможении и ускорении. В обоих случаях обод и ступица стремятся провернуться относительно друг друга, следовательно, спицы нужно устанавливать так, чтобы выдерживать эту нагрузку. Для этого спицы располагают тангенциально, что позволяет перевести нагрузку со сжатия на растяжение.

Такой рисунок спицевания переводит возникающую деформацию на растяжение - сильную сторону спиц


Шаблоны тангенциального спицевания колеса

Если взглянуть на спицованное колесо, то можно заметить, что каждая из двух расположенных рядом на ободе спиц присоединяется к противоположным сторонам ступицы. Благодаря этому образуется треугольная конструкция, которая успешно противостоит любой попытке смещения обода относительно ступицы.
На мотоциклах такие осевые нагрузки не очень велики, поскольку байк наклоняется в поворотах – эти силы воспринимаются как давление, действующее вниз по оси симметрии колеса. Отчасти, поэтому спицованные колеса перестали использовать на автомобилях – с увеличением мощности моторов осевые нагрузки на колеса также увеличились.
На большинстве спицованных колес наличие отверстий под спицы в ободе означает, что для предотвращения утечек воздуха нужна камера. Выбор камерных шин несколько ограничен в связи с тем, что на большинстве байков используются литые колеса с бескамерными шинами. Спицованные колеса повсеместно используются во внедорожных машинах, так что с ассортиментом таких шин все в порядке. Впрочем, если стиль требует именно спицованные колеса, но при этом хочется пользоваться большим выбором бескамерных шин, производитель может схитрить. Например, Ducati на своих байках линейки Sportclassic (GT1000, Sport 1000) использовала элегантное решение - спицованное колесо со сдвоенным ободом. И камера не нужна, и выглядит такое колесо очень красиво.

Спицованные колеса - неотъемлемая часть стиля подобных байков (2005 Ducati Sport 1000)

Да тут сплошное литье!

Литые колеса тоже состоят из ступицы, обода и спиц. Разница заключается в том, что они изготовлены единым элементом из одного материала. Спиц гораздо меньше – их число может достигать трех и редко превышает шесть-семь. Спицы литых дисков могут располагаться радиально, хотя в целях красоты так почти никогда не делают, поскольку технология изготовления позволяет использовать самые причудливые формы.

Рисунок спиц литого диска диктуется чисто декоративными целями (BMW HP2 Sport 2008)

Впервые литые колеса были применены на гоночных мотоциклах для снижения веса (а следовательно, снижения гироскопического эффекта) и большой точности геометрии. Еще один плюс «литья» - меньшая ширина ступицы, за счет чего легче устанавливать тормозные диски.
Гоночные продукты делали из магниевого сплава, который значительно легче алюминиевого при аналогичной прочности. Однако магниевые колеса оправданы только в гонках, поскольку этот сплав подвержен растрескиванию и склонности к коррозии при длительном сроке службы. На серийных байках используют колеса из алюминиевого сплава – обладая неплохой прочностью, они к тому же дешевле и долговечнее аналогов из магния.
Литое колесо выплавляется единой деталью методом отливки, после чего обод обрабатывают на станке до получения колеса безупречной точности. Такое колесо не нужно центрировать и регулировать, а обслуживание сводится к поддержанию покрытия в хорошем состоянии. На большинство современных байков устанавливаются литые колеса, созданные для использования с бескамерными шинами.

Обработка металла будущего колеса высокоскоростной фрезой. Подозрительная зеленая жидкость - просто специализированное охлаждение

Конечно, у «литья» есть и недостатки. Вследствие продолжительных ударных нагрузок (которые неотделимы от езды по нашим «направлениям») появляются трещины в основании спиц. Полное разрушение диска происходит редко, однако всегда неожиданно, и приводит к драматическому результату. Поэтому проблемный диск лучше своевременно менять, и не использовать принцип «а ладно, пока так покатаемся». Аналогичные проблемы появляются в результате ДТП. Если спицованный обод при ударе будет деформироваться, и его можно восстановить, то более жесткий литой обод просто сломается, или получит микротрещины от напряжения. Еще хуже то, что при ударе литое колесо передает удар вилке или даже раме. Нетрудно подсчитать, что дешевле – отремонтировать согнутый в узел спицованный обод или менять литой диск, а вместе с ним и вилку. Конечно, я немного преувеличил, но думаю, соотношение повреждений вы поняли.

Составные колеса

Есть и такая экзотика, которая нынче редко встречается на серийных моделях. Составные диски занимают промежуточное положение между литыми и спицованными, и объединяют преимущества обоих типов.
Обод такого колеса изготавливается путем штамповки из сплава аналогично ободьям, применяемым на спицованных колесах, однако отверстий под спицы здесь нет. На внутренней стороне обода есть места для крепления спиц, которые тоже штампуются из стали или сплава и могут приклепываться или привинчиваться болтами к ободу и ступице.
В эксплуатации составное колесо очень похоже на литое, с одним важным отличием – его конструкция может быть выполнена так, чтобы при ударе оно деформировалось контролируемым образом. Это предотвратит передачу удара на раму или подвеску. Пожалуй, наиболее известный пример составной конструкции – колесо Comstar компании Honda, которое устанавливалось на множество моделей. Его, как и литое колесо, необходимо менять после повреждения или искривления, хотя и существуют такие составные конструкции, которые поддаются восстановлению. Серийно составные колеса сейчас практически не устанавливаются, хотя существует небольшой рынок aftermarket-предложений для самых разных мотоциклов.

Составное колесо Comstar от Honda было очень популярным в 80-х годах, такие конструкции устанавливались на множество байков того времени

Все вышенаписанное относится к серийным байкам, однако давайте одним глазком взглянем на вершину горы под названием Гонки – что оторванные от унылой серийной реальности гоночные инженеры и производители предлагают тамошним райдерам?.

Карбон и магний – самые дорогие слова в мотогонках

Изначально литые колеса из магниевого сплава появились именно в кузницах гоночных гаражей, но сейчас их начинают устанавливать в качестве стандартных на ряде серийных спортбайков, правда, пока только самых топовых (например, Ducati Desmosedici RR и 1098R). Магниевые колеса значительно снижают инерцию и гироскопический эффект за счет малого веса, но они не слишком жесткие и гораздо более дорогие, чем обычное колесико из алюминиевого сплава. Торговцы на eBay просят за пару около $3000.
Последнее слово в разработке гоночных колес – космические вещи из углепластика. Вес – еще меньший, чем у магниевых дисков, значительно большая прочность, даже по сравнению с алюминиевыми колесами. Пока карбоновые колеса остаются прерогативой гоночных команд и состоятельных любителей трек-дней. Одно такое чудо современных технологий можно купить за $5000, но кому нужно только одно колесо?

Карбоновое колесо BST для Suzuki GSX-R1000. Для настоящих гонщиков $4500 - не деньги

*********

В следующей статье мы обстоятельно поговорим о том, что обувают на диски. Ведь шины – важнейший элемент безопасности, от которого во многом зависит жизнь райдера. Следите за обновлениями!